Data logger energi listrik untuk pembangkit listrik tenaga angin produksi IbIKK TE-USD

Prosiding Seminar Nasional

dalam Rangka Dies Natalis Universitas Negeri Yogyakarta ke-51

Penelitian dan PPM untuk Mewujudkan Insan Unggul

Hak Cipta Dilindungi Undang-undang

All right reserved

2015

ISBN : 978-979-562-034-1

Penyunting:

Prof. Dr. Suharti

Prof. Dr. Endang Nurhayati

Dr. Enny Zubaidah

Dr. Tien Aminatun

Dr. Giri Wiyono

Sri Harti Widyastuti, M.Hum.

Ary Kristiyani, M.Hum.

Zulfi Hendri, M.Sn.

Venny Indria Ekowati, M.Litt.

Diterbitkan oleh:

Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat (LPPM)

Universitas Negeri Yogyakarta

Alamat Penerbit:

Karangmalang, Yogyakarta 55281

Telp. (0274) 550840, 555682, Fax. (0274) 518617

iii

DAFTAR ISI

Kata Pengantar Ketua LPPM UNY ... i Kata Pengantar Ketua Panitia Seminar Nasional ... ii Daftar Isi ... iii

BIDANG SAINTEK

1. Uji Lentur dan Analisis Tegangan Balok Beton Berserat Parsial dengan Tulangan Baja

Slamet Widodo ... 1 2. Analisa Potensi Teknis dan Ekonomis Hidro Setu sebagai Energi Terbarukan untuk Pembangkit

Listrik Tenaga Micro-Hidro Wilayah Provinsi Banten

Suhendar, Jaka Permana, Rian Fahrizal ... 14 3. Uji Eksperimental Kinerja Struktural Pumice Breccia sebagai Material Utama Mortar Instant pada

Pasangan Dinding

Agus Santoso, Faqih Ma’arif, Sumarjo H ... 28 4. Modifikasi Sifat Bahan Bitumen Menggunakan Polypropylene Fibers untuk Meningkatkan Kinerja Agregat Bantak serta Implementasinya sebagai Smart Cementitious Materials pada Flexible Pavement

Faqih Ma’arif, Effendi Tanumihardja, Sumarjo H... 37 5. Analisis Potensi Pemanfaatan Energi Matahari Di Surabaya Menggunakan Metode Solar Updraft

Tower

Vares Soca Elviros, Muhammad Ainur Rofiq, Erik Tridianto, Fifi Hesty Sholihah ... 54 6. Kajian Desain dan Prototipe Lampu Berbahan Baku E-Waste dengan Pengendalian Remot Kontrol

Zamtinah, Herlambang SP, Ilmawan Mutaqin ... 72 7. Perancangan Alat Bantu Spindle Extension untuk Pengerjaan Groove Cutterdi Mesin Pei Ping

Slamet Mulya Teeputra, Paulus Wisnu Anggoro, A. Tonny Yuniarto ... 88 8. Perancangan Lightstick Bertenaga Kinetik

Andreas Henry Candra Susanto, A. Teguh Siswantoro ... 108 9. Pengendalian Sistem Persediaan Multi Item dengan Lead Time dan Demend Probabilistik di Toko

Oli X

Martinus Tega Ardi Pramarta, Slamet Setio Wigati ... 126 10. Rancang Bangun Alat Uji Karakteristik Motor DC Servo untuk Aplikasi Robot Berkaki

Siswo Wardoyo, dan Anggoro Suryo Pramudyo, Jajang Saepul ... 145 11. Perancangan Moldbase Yo-Yo String Type (1A) pada PT.Yogya Presisi Teknikatama Industri

iv

12. Rancang Bangun Roller Stationary untuk Membantu Pengerjaan Rubber Roller di Mesin Kellenberger

Teodosius Rizky Fauzi, Paulus Wisnu Anggoro ... 172 13. Perancangan Mesin Punch Press Working pada Produk Pintu Berprofil

Yosef Steven Wibowo, Paulus Wisnu Anggoro ... 183 14. Perancangan Bridge Crane Kapasitas 10 Ton

Antonius Andro Anarko, Tonny Yuniarto, Paulus Wisnu Anggoro ... 203 15. Analisa Pengaruh Temperatur Tanah dan Kedalaman Penanaman Kabel Terhadap Kemampuan

Hantar Arus (KHA) dan Temperatur Lapisan Kabel N2XSY Tegangan 20 KV

Herudin, H. Andri Suherman, Nofri Ardella ... 213 16. Hubungan Antara Pengetahuan, Pelaksanaan, dan Kontinuitas Pelaksanaan Pemberantasan Sarang

Nyamuk (PSN) dengan Populasi Larva Aedessp di Desa Krakitan, Kecamatan Bayat, Kabupaten Klaten

Husnatun nihayah, Tien Aminatun, Tutiek Rahayu ... 227 17. Perancangan Alat Pemantau Hasil Produksi Mesin Pengemas Bumbu Mie Instan PT. X

Irwanto Pria Adi, Ign. Luddy Indra Purnama, Paulus Wisnu Anggoro ... 243 18. Simulasi Numerik Distribusi Temperatur Tangki Penyimpan Termal Stratifikasi Bertingkat dengan

Model Turbulensi k-ε Realizable

Adriyan Warokka, Sugiyono, Joko Waluyo ... 249 19. Audit Harmonik Sistem Tenaga Listrik Tiga Fasa Empat Kawat pada Pelanggan Listrik Rumah Tangga

di Lingkungan Kawasan Industri

Sapto Nisworo ... 261 20. Penurunan Kadar Besi (Fe) dan Mangan (Mn) Air Sumur dengan Metode Filtrasi Tanpa Aerasi

Ahmad Mashadi, Anis Rakhmawati, Bagus Susetyo ... 278 21. Ragam Genetik dan Daya Waris Beberapa Sifat Jagung Putih Lokal Asal Beberapa Daerah

Tyastuti Purwani dan Astuti Setyowati ... 298 22. Desain dan Implementasi Sistem Kendali Switch PLRT Menggunakan SMS Berbasis Remote Control

M. Khairudin, J. Supriadi ... 309 23. Perancangan Osilator Frekuensi 110,5 MHz Menggunakan Metode Colpits dan Metode Hartley

untuk Localizer- Instrument Landing System (ILS)

Teguh Firmansyah, Iga Ayu Mas Oka, Muhammad Mada Anggana ... 322 24. Potential Use of Locally Available Filter Media in an UAFB-Reactor Coupled with “Natural

Treatment” in the Treatment of Soybean Industry Wastewater

Satoto E. Nayono, Retna Hidayah, Didik Purwantoro and Lutjito ... 330 25. Rancang Bangun Graphical UIser Interface untuk Menggerakkan Motor Servo

v

26. Simulasi Dinamika Molekuler Klasik Ion Hf4+ dalam Amoniak Cair

Suwardi ... 362 27. Perancangan Website untuk Mendukung Pemasaran Mainan Edukasi Anak Yayasan Penyandang

Cacat Mandiri Bantul

Rafael Anindita W, Ririn Diar A. ... 378 28. PENGARUH IRRADIASI SINAR X TERHADAP VARIABILITAS PLANLET ANGGREK TANAH Spathoglottis

plicata Blume

Suyitno Al ... 397 29. Komposit Epoksi Hybride Serat dan Hardfacing Material untuk Panel Tahan Peluru Level IIIA DAN IV

Mujiyono, Heri Wibwo, Alaya Fadllu Hadi Mukhammad, Eko Marsyahyo, Anang Setiawan ... 412 30. Pemanfaatan Abu Vulkanik Gunung Kelud sebagai Bahan Bangunan

Sri Sumarni, Sutris Wahyu Tri Utomo ... 419 31. Usulan Tata Letak di Pabrik CV. Tata Hydraulics Akibat Pemindahan Lokasi Pabrik

Randy Susanto, A.Md, V. Ariyono, ... 431 32. Perencanaan Tata Letak PT. Delta Presisi Indonesia Akibat Perluasan

Alexander Septian .P, A, V. Ariyono, ... 444 33. Uji Kelayakan Ahli Materi dan Media Pada Pengembangan Alat Side Step Test Modification Berbasis

Digital Tech

Faidillah Kurniawan, Herlambang Sigit P dan Ariadie Chandra Nugraha ... 461 34. Perancanghan Ulang Tata Letak dan Fasilitas Produksi UD. Gunung Sari Surakarta

Handy Hartono Chandra, V. Ariyono ... 476 35. Polimorfisme Gene Glutathions-Transferase Theta-1 dan MU-1 pada Pasien Tuberkulosis Paru

Ari Yuniastuti, R. Susanti ... 496 36. DATA LOGGER ENERGI LISTRIK UNTUK pembangkit listrik tenaga Angin PRODUKSI IBIKK TE USD

Martanto, Petrus Setyo Prabowo, Wiwien Widyastuti, B. Wuri Harini, Tjendro... 510 37. Kaitan Perubahan Iklim, Ketahanan Pangan dan Kesejahteraan Rumah Tangga di Provinsi Riau

Fahmi W Kifli, Jangkung H Mulyo, Arini W Utami, Sugiyarto ... 524 38. Deteksi Wajah pada Citra Berwarna Berbasis Warna dan Fitur

Ri Munarto, Endi Permata, Welly Anggelia, ... 543 39. Pengaruh Metode Pengolahan terhadap Kadar Pati Resisten Tepng Kentang Hitam (Coleus

tuberosus) dan Aplikasinya pada Pembuatan Crackers Kentang Hitam (Coleus Tuberosus)

Mutiara Nugraheni, Siti Hamidah, Windarwati ... 557 40. Pemanfaatan Oplosan Limbah Styrofoam Serbuk Gergaji Pasir Halus dengan Perekat Semen sebagai

Bahan Baku Seni Kerajinan

vi

41. Pemanfaatan Fly Ash untuk Bata Beton Ringan Berpengunci Moduler sebagai Inovasi Material Dinding Bangunan Gedung

510

DATA LOGGER

ENERGI LISTRIK UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA

ANGIN PRODUKSI IbIKK TE USD

Martanto, Petrus Setyo Prabowo, Wiwien Widyastuti, B. Wuri Harini, dan Tjendro

Universitas Sanata Dharma

martanto@usd.ac.id, petrus_set@usd.ac.id, wiwien@usd.ac.id, wuribernard@usd.ac.id, tjendro@usd.ac.id

Abstrak

Angin merupakan salah satu energi alternatif sebagai penghasil energi listrik. Pengembangan kincir angin dan generator pembangkit listrik diperlukan untuk memanfaatkan energi angin. Salah satu program pemerintah bagi para mahasiswa dalam pemanfaatan energi angin adalah menyelenggarakan Kompetisi Kincir Angin Indonesia (KKAI). Salah satu kriteria dalam perlombaan ini adalah jumlah energi akumulasi yang dihasilkan oleh kincir angin yang dirancang selama perlombaan. IbIKK TE FST USD mengembangkan kreativitas untuk membuat perangkat data-logger yang bisa mencatat energi listrik yang terakumulasi tersebut.

Data-logger yang dibuat oleh IbIKK TE USD dapat mengukur tegangan, arus, daya dan energi yang dihasilkan oleh kincir angin dalam jangka waktu tertentu. Perangkat ini dirancang dapat mengukur tegangan listrik DC 0V sampai 48V, mengukur arus 0A sampai 20A, serta menghitung daya dan energi akumulasi yang digunakan selama waktu perlombaan. Data hasil pengukuran dan perhitungan dapat disimpan di dalam SD card.

Hasil rancangan data-logger telah digunakan oleh 30 kelompok peserta KKAI 2014. Dari hasil survey kepada para peserta lomba KKAI diperoleh skor kepuasan pengguna data-logger sebesar 4,12 dari skala 5.

Kata kunci: kincir angin, energi listrik, data logger

PENDAHULUAN

Kebutuhan manusia terhadap sumber energi dari bahan bakar minyak sangat besar, baik untuk kebutuhan industri maupun untuk kebutuhan rumah tangga. Kebutuhan yang sangat besar ini tidak didukung dengan cadangan minyak yang semakin lama menipis. Saat ini Indonesia memiliki cadangan minyak yang hanya cukup untuk ketersediaan selama 23 tahun (Tribun, 2014). Oleh karena itu diperlukan sumber energi alternatif, yaitu sumber energi terbarukan. Energi terbarukan merupakan energi yang bersumber dari alam dan secara berkesinambungan dapat terus diproduksi. Salah satu sumber energi terbarukan adalah angin. Sumber energi angin tidak dapat habis dan dapat terus diperbarui.

Angin merupakan salah satu energi alternatif sebagai penghasil energi listrik. Pengembangan kincir angin dan generator pembangkit listrik diperlukan untuk memanfaatkan energi angin sebagai energi terbarukan. Salah satu program pemerintah bagi para mahasiswa dalam pemanfaatan energi angin adalah menyelenggarakan

511 Kompetisi Kincir Angin Indonesia (KKAI). Salah satu kriteria dalam perlombaan ini adalah jumlah energi akumulasi yang dihasilkan oleh kincir angin yang dirancang selama perlombaan. IbIKK TE FST USD mengembangkan kreativitas untuk membuat perangkat

data-logger yang bisa mencatat energi listrik yang terakumulasi tersebut.

Data logger yang dibuat oleh IbIKK TE USD didesain secara khusus untuk kebutuhan perekaman energi yang dihasilkan oleh kincir angin. Ada beberapa peneliti yang menggunakan data logger untuk mengukur energi listrik buatan produsen tertentu. Yusnan Badruzzaman dalam penelitian berjudul “Real Time Monitoring Data Besaran Listrik Gedung Laboratorium Teknik Sipil Politeknik Negeri Semarang” menggunakan data logger tipe PM 8ECC untuk mengukur tegangan dan arus AC (Alternating Current). Data logger yang dibuat oleh IbIKK digunakan untuk mengukur tegangan DC(Direct Current). Peneliti lain yaitu Martin Djamin dalam penelitian berjudul “Pengujian Kinerja Pembangkit Listrik Tenaga Surya” menggunakan data logger buatan Sentry untuk mengukur arus 10 A dan tegangan 12 Vdc. Data Logger yang dibuat IbIKK digunakan untuk mengukur arus sampai 20 A dan tegangan 48 Vdc.

METODE PELAKSANAAN

Metode pelaksanaan pembuatan data-logger energi listrik untuk pembangkit listrik tenaga angin adalah sebagai berikut. Tahap pertama adalah perancangan perangkat keras: rangkaian elektronik, mikrokontroler dan komponen pendukung. Tahap kedua merancang perangkat lunak untuk mikrokontroler. Tahap ketiga adalah melakukan ujicoba dan kalibrasi. Tahap keempat adalah pengujian alat.

Gambar 1. Diagram Kotak Sistem.

Gambar 1 merupakan diagram kotak data-logger yang dirancang. Data-logger

512 dihasilkan oleh generator listrik. Tegangan keluaran dari generator DC diukur oleh sensor tegangan. Tegangan yang dapat diukur adalah tegangan DC dari 0V sampai 48V. Keluaran sensor tegangan masuk ke mikrokontroler. Arus yang masuk ke beban diukur oleh sensor arus. Arus yang dapat diukur adalah arus dc yang besarnya dari 0 sampai 20A. Sebelum masuk ke mikrokontroler, sinyal keluaran sensor arus terlebih dulu melalui rangkaian pengondisi sinyal. Nilai daya dan energi listrik dihitung berdasarkan nilai hasil pengukuran tegangan dan pengukuran arus serta berdasarkan perioda waktu tertentu. Nilai daya listrik dinyatakan dalam satuan watt, sedangkan energi dalam watt-jam. Keempat besaran tersebut ditampilkan dalam penampil LCD dan disimpan dalam SD Card. Modul RTC (real time clock) dipakai untuk mengetahui waktu nyata. Tombol masukan dipakai untuk memberikan perintah menjalankan data-logger oleh pengguna.

Data-logger memerlukan catu daya 12V tersendiri agar bisa beroperasi. Mikrokontroler dicatu dengan tegangan 5V, sehingga memerlukan komponen regulator tegangan 5V.

Perancangan perangkat keras meliputi perancangan rangkaian elektronik, mikrokontroler, beserta komponen pendukung. Rangkaian elektronik meliputi rangkaian sensor arus, sensor tegangan, dan rangkaian pengondisi sinyal. Komponen pendukung rangkaian mikrokontroler adalah rangkaian reset, rangkaian osilator, tombol tekan, basis waktu (RTC), dan penampil LCD.

Perancangan sensor tegangan mengacu pada rangkaian dasar pembagi tegangan (Nahvi, 2003) seperti ditunjukkan pada Gambar 2 yang memiliki persamaan:

Vin R R R Vout 2 1 1   (1)

dengan Vin adalah tegangan masukan yang berasal dari tegangan generator yang diukur, Vout adalah tegangan keluaran pembagi tegangan. Untuk pemrosesan data, tegangan keluaran pembagi tegangan akan masuk ke pengubah sinyal analog menjadi digital (Analog to Digital Converter- ADC) yang terdapat dalam mikrokontroler. Tegangan acuan ADC ditentukan sebesar 3,3V. Saat tegangan dc masukan Vin sebesar 48V, tegangan keluaran rangkaian pembagi tegangan dibuat sama dengan 3,29V. Perbandingan nilai R2 terhadap R1 adalah 3,29 : 44,71. Nilai R1 ditetapkan sebesar 47kΩ, maka diperoleh nilai R2 sebesar 3,22kΩ, yang dalam implementasinya digunakan hambatan seri 2,2kΩ dengan potensiometer 10kΩ.

513 Gambar 2. Rangkaian Pembagi Tegangan.

Sensor arus yang digunakan harus mampu mengukur arus sampai dengan 20A. Sensor yang dipilih adalah ACS712-30A yang memiliki kemampuan pengukuran arus dari -30A sampai +30A, dengan sensitifitas sebesar 66mV/A, menggunakan tegangan catu daya sebesar 5V (Allegro, 2013). Sensor arus ditunjukkan oleh Gambar 3. Pada saat arus yang diukur sebesar 0A, tegangan keluaran sensor sebesar 2,5V, sedangkan saat pengukuran 20A maka tegangan keluaran sebesar 2,5V ditambah dengan 20*66mV yaitu sebesar 3,82V. Sehingga untuk jangkauan pengukuran arus dari 0A sampai 20A akan diperoleh tegangan keluaran sensor sebesar 2,5V sampai 3,82V. Untuk pemrosesan data sinyal arus akan digunakan ADC yang terdapat dalam mikrokontroler. Tegangan masukan ADC harus diatur agar berada di bawah 3,3V, sehingga diperlukan rangkaian pengondisi sinyal.

Gambar 3. Rangkaian sensor arus ACS712-30A (Allegro, 2013).

Rangkaian pegondisi sinyal untuk sensor arus yang dirancang memiliki karakteristik: saat tegangan keluaran sensor arus bernilai 2,5V maka tegangan keluaran pengondisi sinyal bernilai 100mV, dan saat tegangan keluaran sensor arus bernilai 3,82V maka tegangan keluaran pengondisi sinyal bernilai 3,29V. Berdasarkan nilai-nilai ini diperoleh persamaan tegangan masukan-keluaran pengondisi sinyal:

5,9417 _ * 2,4167 _ps Vin ps Vout (2)

Persamaan ini diimplementasikan menggunakan rangkaian penguat selisih tegangan (Gambar 4) dengan mengacu pada rangkaian dasar voltage substraction (Boylestad, 2011) yang memiliki persamaan:

Voff R R Vin R R R R R R Vout 2 4 2 4 2 3 1 3     (3)

514 Gambar 4. Rangkaian penguat selisih tegangan (Boylestad, 2011)

Dengan menentukan R4=51kΩ, R1=R2=22kΩ, maka persamaan rangkaian pengondisi sinyal menjadi: Voff ps Vin R k R ps Vout 3,318 _ 2,318 3 22 3 _    (4)

yang menghasilkan nilai R3 sebesar 58,97kΩ dan tegangan offset Voff=2,56V. Hambatan R3 diimplementasikan menggunakan resistor 51kΩ yang diseri dengan potensiometer 10kΩ. Tegangan ofset Voff diimplementasikan menggunakan rangkaian pembagi tegangan dengan tegangan sumber sebesar 5V. Sebuah penguat operasional disisipkan sebelum masuk ke rangkaian penguat selisih yang digunakan sebagai buffer. Rangkaian keseluruhan pengondisi sinyal untuk besaran arus menggunakan penguat operasional LM358. Penguat ini menggunakan catu daya tunggal sebesar 5V dapat menghasilkan jangkauan tegangan keluaran sebesar 5mV sampai 3,5V (Fairchild, 2010). Rangkaian pengondisi sinyal ditunjukkan oleh Gambar 5.

Gambar 5. Rangkaian Pengondisi Sinyal Besaran Arus.

Untuk memproses besaran arus dan besaran tegangan ke dalam data digital digunakan ADC yang terdapat di dalam mikrokontroler. Mikrokontroler yang dipakai adalah ATMEGA328P (Atmel, 2009), dengan kemasan 28 pin DIP (Dual In-line Package) seperti ditunjukkan Gambar 6(a). Sedangkan hubungan dengan komponen pendukung ditunjukkan oleh Gambar 6(b). PORTD dipakai untuk komunikasi serial (PD0, PD1), dan untuk hubungan ke LCD (PD2 sampai PD7). PORTC dipakai untuk: sinyal tegangan (PC0 atau ADC0), sinyal besaran arus (PC1/ADC1), tombol tekan (PC2 dan PC3), jalur

515 hubungan RTC (PC4 dan PC5), dan sinyal RESET (PC6). Sambungan dengan SD Card

menggunakan PORTB (PB2 sampai PB5).

(a) (b)

Gambar 6.(a) Susunan Pin ATMEGA328P(Atmel, 2014). (b) Hubungan dengan komponen pendukung.

Rangkaian reset ditunjukkan oleh Gambar 7(a) dengan terminal RESET dihubungkan ke PC6 pada ATMEGA328P. Sesuai dengan datasheet ATMEGA328P, lebar pulsa minimum yang diperlukan untuk melakukan reset adalah 2,5us, dan tegangan maksimum reset sebesar 1,6V. Nilai tipikal R1 sebesar 10kΩ, dan C1 sebesar 0.1uF. Mikrokontroler diatur menggunakan osilator eksternal sebagai sumber clock. Rangkaian osilator mikrokontroler ditunjukkan oleh Gambar 7(b), menggunakan kristal dengan frekuensi 16MHz, dan nilai kapasitor C1 dan C2 sebesar 22pF. Label OSC1 dihubungkan ke PB6, OSC2 dihubungkan ke PB7 pada ATMEGA328p.

(a) (b)

Gambar 7.(a) Rangkaian Reset Eksternal. (b) Rangkaian Osilator Kristal.

Proses perekaman data tegangan, arus, daya dan energi listrik membutuhkan pencatatan waktu nyata, sehingga diperlukan rangkaian basis waktu nyata RTC. Komponen RTC yang digunakan adalah DS1307 (Maxim, 2004). Alamat dan data diitransfer secara serial melalui sebuah bus bidireksional 2-jalur (Inter-Integrated Circuit,

I2C). Informasi waktu nyata yang dapat diakses adalah detik, menit, jam, hari, tanggal, bulan dan tahun. Rangkaian RTC ditunjukkan oleh Gambar 8(a). Terminal SCL

516 dihubungkan ke PC5, terminal SDA dihubungkan ke PC4 pada ATMEGA328P. Untuk memberikan perintah masukan agar data-logger mulai melakukan perekaman ataupun mengakhiri perekaman digunakan dua buah tombol tekan. Tombol tekan dirancang aktif rendah, jika tombol ditekan terminal keluaran tombol akan memberikan logika rendah ke mikrokontroler. Tombol tekan ditunjukkan oleh Gambar 8(b). Hambatan pull-up dipakai agar saat tombol tidak ditekan nilai masukan ke mikrokontroler berlogika tinggi. Nilai hambatan pull-up sebesar 22kΩ sesuai dengan nilai rekomendasi data sheet. Terminal BTN_A dihubungkan ke pin PC2, sedangkan BTN_B dihubungkan ke pin PC3 mikrokontroler ATMEGA328P.

(a) (b)

Gambar 8(a) Rangkaian RTC. (b) Rangkaian Tombol Tekan.

Informasi tegangan, arus, daya, dan energi listrik saat perekaman ditampilkan oleh LCD 16x2. Penampil yang digunakan adalah LCD seri C1602A-V1.2 (Shenzhen, 2005). Rangkaian LCD ditunjukkan oleh Gambar 9. Sambungan data LCD ke mikrokontroler melalui DB4 sampai DB7 yang terhubung ke PD.4 sampai PD7. Sinyal kontrol RS terhubung ke PD2, sinyal E terhubung ke PD3. Pengaturan kontras LCD menggunakan sebuah dioda 1N4148, terminal anoda dioda terhubung ke pin VEE, terminal katoda dioda terhubung ke ground.

Gambar 9. Rangkaian Penampil LCD.

Kartu memori yang digunakan sebagai tempat penimpanan data selama proses perekaman adalah SD Card. Format data penyimpanan adalah mode teks. SD Card yang digunakan memiliki penomoran pin seperti ditunjukkan oleh Gambar 10(a). SD Card

dapat bekerja dengan menggunakan catu daya dengan tegangan sebesar 2,7 hingga 3,6V (SD Group, 2013). Tegangan catu daya SD Card yang digunakan adalah 3,3V,

517 menggunakan komponen regulator tegangan 3,3V. Mikrokontroler dicatu dengan tegangan 5V. Saat tegangan keluaran mikrokontroler 5V harus diterima oleh SD Card

sebesar 3,3 V. Persambungan antara ATMEGA328P dengan SD Card memerlukan penyesuaian level tegangan. Penyesuai level tegangan menggunakan konsep pembagi tegangan, seperti ditunjukkan Gambar 10(b). R2 dipilih sebesar 2,2kΩ, maka diperoleh nilai R1 sebesar 1133Ω, dalam implementasi digunakan R1 sebesar 1kΩ.

(a) (b)

Gambar 10.(a) Standar Penomoran Terminal SD Card (SD Group, 2013). (b). Hubungan

SD Card dengan mikrokontroler.

Tahapan setelah perancangan perangkat keras adalah perancangan perangkat lunak. Urutan program mikrokontroler ATEMEGA328P adalah sebagai berikut:

a. Melakukan proses inisialisasi port mikrokontroler untuk koneksi dengan modul RTC, komunikasi serial, inisialisasi LCD, ADC, Timer, dan penentuan tipe data variabel.

b. Melakukan pengecekan terhadap RTC, SD Card, dan file dalam SD Card. c. Jika SD card tidak siap maka akan ditampilkan pesan kesalahan “SF”.

d. Jika SD Card siap maka ditampilkan pesan “SR”. Kemudian melakukan

pengecekan dan membuka file data. Jika file tidak bisa dibuka maka akan ditampilkan pesan kesalahan “FE”.

e. Kemudian mulai menginisialisasi timer untuk basis pewaktuan pengukuran.

f. Setelah pengecekan selesai, penampil akan menampilkan tulisan “VIPE LOGGER” dan nomor identitas data-logger.

g. Jika BTN_A ditekan maka LCD akan menampilkan status hasil pengecekan RTC,

SD Card dan file data. Jika ketiganya tidak bermasalah maka ditampilkan pesan “READY” dan dapat digunakan untuk proses pengukuran dan perekaman. Jika ada kesalahan maka akan ditampilkan status kesalahan, tidak dapat melakukan proses pengukuran dan perekaman, dan diperlukan pengecekan kembali oleh pemakai.

h. Apabila status sudah “READY” maka jika tombol BTN_A ditekan maka LCD akan menampilkan informasi waktu, jam, menit, detik, tanggal, bulan, dan tahun.

518 i. Setelah menampilkan informasi waktu, jika BTN_A ditekan maka LCD menampilkan pertanyaan “START?”. Jika akan memulai logging maka BTN_B harus ditekan, jika tidak maka BTN_A yang harus ditekan, dan LCD akan kembali menampilkan status.

j. Apabila mulai logging diaktifkan maka akan dilakukan pengaktifan pewaktuan, pembacaan besaran tegangan, pembacaan arus, melakukan perhitungan daya, melakukan perhitungan energi dan mengakumulasinya, melakukan penampilan semua data ke LCD, dan melakukan perekaman ke dalam file data di dalam SD Card.

k. Selama proses logging, jika tombol BTN_A ditekan maka LCD menampilkan pertanyaan “STOP?”. Jika BTN_B ditekan maka proses logging akan diakhiri kembali ke langkah ke-f. Sedangkan jika BTN_A yang ditekan maka proses

logging tetap dilanjutkan.

Data tegangan dan arus diambil dalam setiap 400us, pengambilan dilakukan sebanyak 50 kali dan kemudian dicari nilai rata-ratanya. Kemudian dilakukan perhitungan daya dan perhitungan energi. Daya listrik adalah perkalian antara tegangan dengan arus (Nahvi, 2003). Perhitungan energi dilakukan dengan berdasar pewaktuan sebesar 20ms. Energi listrik merupakan perkalian antara daya listrik dengan waktu 20ms, kemudian diakumulasikan, dan dinyatakan dalam watt jam. Tampilan data pada LCD dilakukan

update setiap 1 detik. Penyimpanan ke dalam SD Card dilakukan setiap 12 detik. Format berkas yang disimpan adalah teks. Data logger dilengkapi dengan penyimpanan data pada EEPROM tiap menit, dan penyimpanan data pada EEPROM setelah proses perekaman dihentikan; penyimpanan dilakukan pada satu lokasi penyimpanan. Backup

data juga dilakukan dengan menyimpan data setiap jam dalam EEPROM untuk sejumlah 57 paket data pengukuran.

Program aplikasi mikrokontroler data-logger diimplementasikan menggunakan perangkat lunak Arduino 1.0.5r1 (Banzi, 2014). Beberapa berkas library digunakan agar sesuai dengan keperluan perancangan. Untuk menyimpan konstanta ke dalam ROM diiperlukan berkas avr/pgmspace.h. Berkas LiquidCrystal.h dipakai untuk memproses tampilan LCD. Basis waktu nyata menggunakan berkas DS1307RTC.h , Time.h, dan

Wire.h. Untuk mengakses SD Card dipakai berkas SD.h. Untuk penyimpanan data dan pembacaan data EEPROM digunakan berkas EEPROMex.h.

519

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil perancangan perangkat keras diimplementasikan dalam papan PCB (Printed Circuit Board). Perancangan layout PCBmenggunakan perangkat lunak Eagle (CadSoft, 2005). Gambar 11(a) menunjukkan layout PCB data-logger. Setelah dilakukan perakitan komponen dan pemrograman selanjutnya dilakukan pengemasan rangkaian dalam wadah kotak. Tampilan hasil data logger ditunjukkan oleh Gambar 11(b).

(a) (b)

Gambar 11.(a) Layout PCB (b). Foto Data Logger hasil rancangan.

Pengujian sistem dilakukan dengan menggunakan bantuan akumulator 12V-45Ah dan catu daya variabel yang mewakili generator listrik, modul beban, dan multimeter. Modul beban dan multimeter ditunjukkan oleh Gambar 12. Beban yang akan diukur dayanya dapat diatur melalui saklar pada modul beban. Multimeter dipakai sebagai alat ukur acuan untuk pengukuran arus dan pengukuran tegangan.

DATA LOGGER GENERATOR DC F u s e AKI 12V (Power Supply) OUT GEN + OUT GEN -LOAD Load + Load -OUT GEN -Aki -Aki + TERMINAL BLOCK G+ L+ G-/L- - PS + disiapkan Peserta SKEMA PENYAMBUNGAN DATA LOGGER

(a) (b)

Gambar 12. (a) Alat bantu pengujian. (b) Skema pemasangan.

Pengujian dan kalibrasi dilakukan secara bertahap. Tahap pertama dilakukan untuk pengujian pengukuran arus dan pengukuran tegangan dengan program data-logger

sesuai dengan perancangan. Pengujian pertama dilakukan percobaan untuk pengukuran arus dengan menggunakan sumber daya akumulator. Skema pemasangan data-logger

ditunjukkan oleh Gambar 12. Saat belum ada beban arus yang terukur harus nol, maka dilakukan pengaturan potensiometer pengatur tegangan ofset agar arus yang tertampil

520 pada LCD menunjukkan angka 0.00A. Kemudian dilakukan pengukuran arus untuk beban yang bervariasi. Arus juga diukur dengan amperemeter. Hasil arus yang ditampilkan pada LCD dan amperemeter dicatat, lalu dibuat kurva, dan dicari persamaannya. Hasil persamaan kurva ini dipakai untuk memperbaiki program mikrokontroler. Kemudian diujicoba kembali seperti langkah sebelumnya satu kali lagi. Setelah itu pengukuran arus siap digunakan. Gambar 13 menunjukkan contoh kurva perbandingan antara arus hasil pengukuran dengan ampermeter dan arus hasil pengukuran data-logger. Proses pengujian dan kalibrasi pengukuran tegangan dilakukan mirip dengan proses pengkalibraian arus, yang berbeda adalah sumber tegangan menggunakan catu daya tegangan variabel, menggunakan acuan voltmeter, dan dengan satu macam beban.

Id_8

y = 0,98910xR2 = 0,99983 0 5 10 15 20 0 5 10 15 20

Arus (Ampermeter) [A]

A rus ( d a ta -l o g g er ) [A ]

Id_17

y = 0,99940xR2 = 0,99990 0 5 10 15 20 25 0 10 20 30

Arus (Ampermeter) [A]

A rus ( d a ta -l o g g er ) [A ]

Gambar 13Kurva perbandingan antara arus hasil pengukuran dengan ampermeter dan arus hasil pengukuran data-logger, untuk dua data logger.

Tamplian LCD data-logger saat dioperasikan ditunjukkan oleh Gambar 14, mulai saat dinyalakan, menampilkan nomor identitas, status, informasi waktu, awal perekaman, saat pengukuran dan perekaman, dan mengakhiri perekaman.

521 Apabila perekaman telah diakhiri maka SD Card dapat diambil, dengan harus membuka wadah. Data yang tersimpan dapat dilihat dengan program notepad pada komputer. Gambar 15 menunjukkan isi berkas yang disimpan dalam SD Card. Karakter „*‟

(bintang) sebagai penanda awal data, karakter „#‟(pagar) sebagai penanda akhir data, setiap satu variabel dipisahkan dengan karakter „,‟ (koma). Urutan data setiap baris adalah: nomor identitas data logger, jam, tanggal, nomor urut perekaman, tegangan dalam volt, arus dalam ampere, daya dalam watt, dan energi dalam watt jam. Energi yang tercatat terlihat meningkat sesuai dengan penambahan waktu. Data hasil rekaman dapat dibuat grafiknya menggunakan perangkat lunak bantu excel.

Gambar 14Tampilan LCD saat datalogger dioperasikan.

Data logger yang dibuat dengan dukungan IbIKK telah dipakai untuk lomba KKAI tahun 2014, digunakan untuk 30 kelompok. Data logger yang dibuat adalah sejumlah peserta ditambah cadangan yaitu 40. Saat dipakai perlombaan semua data logger dapat beroperasi dengan baik. Waktu pemakaian perekaman selama 50 jam, yaitu mulai pukul 08.00wib pada hari pertama sampai dengan pukul 10.00 wib hari ketiga. Data hasil rekaman dalam SD Card dapat dibaca komputer dan dibuat grafiknya untuk membantu penilaian. Berdasarkan dua pernyataan dalam kuesioner yang dilakukan oleh panitia (yang disampaikan saat acara penutupan lomba), bahwa data logger dapat berfungsi dengan baik dengan skor sebesar 4,12 dari skala 5. Manfaat dari data logger tercermin pada pernyataan kedua yaitu membantu transparansi hasil. Tabel 1 menunjukkan hasil kuesioner terkait data logger.

Tabel 1. Pernyataan kuesioner terkait data logger.

NO PERNYATAAN STS TS R S SS skor

1 Data logger berfungsi dengan baik.

1 1 1 13 9 4.12

2 Penayangan rekapitulasi hasil lomba melalui web KKAI 2014 komukatif dan menjamin transparansi hasil.

1 16 7 4.25

522

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil dan pembahasan maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut. Data logger berhasil dirancang dan dibuat serta dapat dipakai untuk mendukuang kompetisi KKAI tahun 2014. Data logger dapat berfungsi dengan baik, dengan hasil skor kuesioner dari pengguna sebesar 4,12 dari skala 5.

DAFTAR PUSTAKA

Allegro, 2013, ACS712 Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current Conductor, Allegro MicroSystems, LLC, www.allegromicro.com.

Atmel, 2009, 8-bit Microcontroller with 4/8/16/32K Bytes In-System Programmable Flash, ATmega48PA/ATmega88PA/ATmega168PA/ATmega328P, Atmel Corporation, http://www.atmel.com/images/doc8161.pdf

Banzi, M. , Cuartielles, D., Igoe, T., Martino,G., Mellis, D, ___, Arduino, http://arduino.cc Boylestad, Robert L., 2009, Electronic devices and circuit theory, 10th ed., New Jersey,

Pearson Prentice Hall, Inc.

CadSoft Computer GmbH, 2005, EAGLE 4.16r2 Help Reference Book, CadSoft GmbH CadSoft USA.

Fairchild, 2010, LM2904,LM358/LM358A,LM258/LM258A Dual Operational Amplifier

Fairchild Semiconductor Corporation, www.fairchildsemi.com

Martin Djamin, 2012, Pengujian Kinerja Pembangkit Listrik Tenaga Surya, http://ejurnal.bppt.go.id/index.php/jsti/article/download/917/865, diakses Maret 2015. Maxim, 2004, DS1307: 64 x 8, Serial, I2C Real-Time Clock, Maxim Integrated Products,

www.maxim-ic.com.

Nahvi, M., Edminister, J.A.,2003, Schaum's Outline of Electric Circuits, McGraw-Hill, New York.

SD Group, 2013, SD Specifications, Part 1 Physical Layer Simplified Specification, SD Group, https://www.sdcard.org/downloads/pls/simplified_specs/part1_410.pdf

Shenzhen, 2005, 1602A-1 LCD Module Specification Ver1.0, Eone Electronics Co.,LTD. Tribun, 2014, Cadangan Minyak di Indonesia Hanya Cukup untuk 23 Tahun Lagi,

http://www.tribunnews.com/bisnis/2014/09/14/cadangan-minyak-di-indonesia-hanya-cukup-untuk-23-tahun-lagi, diakses Maret 2014.

Yusnan Badruzzaman, 2012, Real Time Monitoring Data Besaran Listrik Gedung Laboratorium Teknik Sipil Politeknik Negeri Semarang http://www.polines.ac.id/jtet/upload/jurnal/JTET_1-2-2012_Hal_50-59.pdf, diakses Maret 2014.

523

DAFTAR ACUAN PERANGKAT LUNAK

http://arduino.cc/en/Reference/HomePage http://arduino.cc/en/Reference/Libraries http://arduino.cc/en/Reference/LiquidCrystal http://arduino.cc/en/Reference/SD http://arduino.cc/en/Reference/Wire http://thijs.elenbaas.net/downloads/?did=6 (EEPROMex.h) http://www.nongnu.org/avr-libc/user-manual/group__avr__pgmspace.html https://www.pjrc.com/teensy/td_libs_DS1307RTC.html